«компьютер жүйелерінің СӘулеті»

2. Дәрістер

Дәріс жоспары:

2. Курс құрылымы мен оның басқа пәндермен байланысы.

3. Есептеу техникасының (ЕТ) даму тарихы. ЭЕМ буындары.

Дәрістің қысқаша мазмұны:

«Компьютер жүйелерінің сәулеті» пәні ақпаратты өңдеудің қазіргі жүйелерінің облысында студенттерге білім беруге және ақпаратты өңдеу жүйелерін жобалау кезінде архитектуралық шешімдер таңдауға негізделген.

«Компьютер жүйелерінің сәулеті» курсында компьютер жүйесі сәулетінің жалпы сұрақтары, құрылу принциптері мен құрылымы және ЭЕМ негізгі құрылғыларының жұмысы, ақпаратты өңдеу мен тасымалдау принциптері және т.б. қарастырылады.

«Компьютер жүйелерінің сәулеті» курсын оқытудың міндеті мыналарды меңгеру болып табылады:

• 
  қазіргі ЭЕМ мен компьютерлік жүйелердің сәулеттік ерекшеліктерін;
  
• 
  ЭЕМ функционалды тораптары мен құрылғыларын жобалаудың негіздерін;
  
• 
  есептеу кешендерін ұйымдастыру негіздерін.
  

2. Курс құрылымы мен оның басқа пәндермен байланысы

1. ЭЕМ сәулеті.

2. ЭЕМ-нің ақпараттық-логикалық негізі.

3 тақырып. ЭЕМ есте сақтау құрылғылары (ЕСҚ).

1. Жадыны ұйымдастыру.

2. Статикалық жедел ЕСҚ (SRAM).

3. Динамикалық жедел ЕСҚ (DRAM).

4. КЭШ-жады.

5. Тұрақты ЕСҚ (ПЗУ).

1. Микропроцессор сәулеті, құрылымы мен міндеті (МП).

2. Процессордың құрылымы мен оның функционалдануы.

3. ЭЕМ ұйымдастырудың машиналық деңгейі.

4. ЭЕМ-ді ұйымдастырудың микропрограммалық деңгейі.

5. ЭЕМ-ді ұйымдастырудың жүйелік деңгейі.

1. ЭЕМ интерфейстерінің жүйесі: белгіленуі мен құрамы.

2. Интерфейстерді құрудың негізгі принциптері. Интерфейс сипаттамалары.

3. Интерфейстерді ұйымдастыру принциптері.

4. ЭЕМ құрылғылары арасында ақпарат алмасу әдістері.

5. Ішкі машиналы жүйелік интерфейс.

1. ЕЖ түсінігі мен дамуы.

2. Есептеу жүйелерін құрудың негізгі принциптері.

3. Есептеу жүйелерінің классификациясы.

4. Есептеу жүйелерінің сәулеті.

5. Көппроцессорлы есептеу жүйелері.

6. Есептеу жүйелерін кешендеу.

7. Есептеу жүйелерінің типтік құрылымы.

8. Есептеу жүйелерін функционалдауды ұйымдастыру.

3. Есептеу техникасының (ЕТ) даму тарихы. ЭЕМ буындары.

Есептеу техникасының (ЕТ) дамуы 3 облыстағы табыстарымен сипатталады:

1. 
   Өндіріс технологиясында ЕТ элементарлы базасы ретінде, сонымен қатар машиналардың өзі.
   
2. 
   ЕМ ұйымдастыру принциптерінде.
   
3. 
   математикалық және программалық қамтаманы құрастыруда.
   

ЕМ жұмыс істеу процесінде барлық оның компоненттері қандайда бір түрде бір-бірімен қатынасады. Мұндай қатынастың деңгейлері әр түрлі болуы мүмкін:

1. 
   Төменгі деңгей: электрлі импульстер деңгейінде.
   
2. 
   Жоғарғы деңгей: программалық модуль деңгейінде ЕМ тораптарының өзара қатынасы.
   
3. 
   Әрбір жеке тораптың функционалды деңгейі: программалық-аппараттыө әдістермен функция және оларды өндіру.
   

ЕТ даму тарихы Джона фон Нейман жұмысының жарыққа шығуынан бастап есептеледі. Бірінші цифрлік ЕМ құру мүмкіндігі 1936 жылы ағылшын математигі Тьюрингпен дәлелденді. Ол кез келген алгоритм оның дискретті автомат көмегімен өндірілетінін көрсетті. Ол Тьюринг машинасы деп аталды. Бұны Пост (Пост машинасы) та дәлелдеді. Бірінші цифрлік ЕМ 1935 жылы Белл (АҚШ) фирмасымен құрастырылды. Осындай түрдегі машина К. Цунзе (1941, Германия) басшылығымен арнайы есептер үшін құрастырылды. Әмбебап ЭЕМ-ді құру әрекеті Айтнетпен (АҚШ) қарастырылды. Ол "Марк-1" деген атауға ие болды. Гарвард университетінде жобаланып, дайындалды.

ЕМ (23 разрядты ондық сандармен жұмыс істеді) сипаттамалары:

1. 
   Перфолентамен команда бойынша программа енгізілген .
   
2. 
   0,3 секунд ішінде 2 санды қосу
   
3. 
   6 секунд ішінде 2 санды көбейту
   
4. 
   11 секунд ішінде 2 санды бөлу.
   

ЕТ нақты есебі реледен триггерлерге көшумен жүргізіледі. Триггер 1918 жылы Ресейде Бонч-бруевичпен құрастырылды.

Электронды компоненттерде құрастырылған бірінші ЭЕМ-дер 1942 жылы ("Эниак") шықты. Сериялы шығару 1945-1946 жж. болды. Маушли мен Энкер басшылығымен Пенсельван университетінде құрастырылды. 1943 жылы Тьюринг басшылығымен "Колос" ЭЕМ-сы құрастырылды. 70-ші жылдары архивті ашқаннан кейін бірінші ЭЕМ 1939 жылы Германиядан шыққан "АВС" деген атауға ие болған ЭЕМ Антоносовпен құрастырылғаны анықталды. болды.

ЭЕМ-нің бірінші буыны.

ЭЕМ шамдары, өнеркәсіптік шығару 50-ші жылдың басында басталды. Біздің елімізде шығару бастамасы "МЭСМ" 50-ші жылдың басы деп есептеуге болады. Лебедев басшылығымен құрастырылған. 1952-1953 жж. осы негізде Мельников пен Бурцев басшылығымен "БЭСМ-1" (Үлкен электронды есептеу машинасы) құрастырылды. Ал оның негізінде "БЭСМ-2" машинасының сериялы шығарылуы жүргізілді. Осы кезде АҚШ-та "Эдвак" машинасын шығарады. "БЭСМ-2" машинасының техникалық сипаттамасы әлдеқайда жоғары болды. Бұл "БЭСМ-2" машинасында екі жаңа принцип: конвейеризация мен стек пайдалануымен байланысты. "БЭСМ-2" үшін аппараттық-логикалық құрылғылардың жылдам жұмыс істеуі секундына 10000 операцияны құрады.

1953 жылы Василевский басшылығымен "Стрела" машинасы құрастырылды. Сонымен қатар академик Брук басшылығымен Мәскеу Энергетикалық институтында "М" деген атау алған ЭЕМ құрастырылды. Минскте ЭЕМ өндіру бойынша завод құрылды, машиналардың сериялы шығаруы "Минск". Пензе қаласында академик Рамеев басшылығымен конструкторлы бюро бөлімшесі құрылды. Мұнда ЭЕМ құрастырып, сериялы шығаруы "Урал" деп аталды.

Бірінші буынның ЭЕМ-ның құрылымы түгелдей фон Нейман машинасына сәйкес келді. Машиналардың техникалық сипаттамасы қазіргі ДК сипаттамаларына қарағанда төмен болды. Программалау машиналық кодтарда жүргізілді. ЖЕСҚ (ОЗУ) көлемі – 2 мың сөзді құрады. Ақпаратты енгізу перфолента мен кинопленка арқылы жүргізілді.

ЭЕМ-нің екінші буыны.

Шамдардан транзисторлы ЭЕМ-ге көшумен байланыстырады. Транзисторлар жоғарғы сенімділікті, тез жылдамдықты және аз электр қуатын тұтынуын қамтамасыз етуге мүмкіндік берді.

Математикалық және программалық қамтаманың дамуы осы кезде басталады. Жоғарғы нүкте: алгоритмдік тілдерді (Fortran, ALGOL) құру. Қарапайым компиляторлар мен интерпретаторлар құрылады. Көппрограммалы ЭЕМ-дер пайда болады. Пакеттік режимде жұмыс істеу үшін бірінші мониторлар мен supervisor'лер шығады. Соның нәтижесінде ЭЕМ-нің екінші буынын пайдалану жылдам ұлғая түседі.

ЭЕМ-нің үшінші буыны.

60-шы жылдардың соңында үшінші буынның бірінші машиналары шыға бастайды. ЭЕМ-нің үшінші буынына көшу күшті сәулеттік өзгерістермен байланысты болады. Техникалық базаның өзгеруі интегралды схематехникаға көшумен байланысты. Бірақ интеграция деңгейі аз болды. Үшінші буынның машиналарында арна концепциясы құрылады, микропрограммалық басқару пайда болады, жады иерархияланады, бірінші рет агрегаттау түсінігі енгізіледі.

МК - мультиплетті арна, СК - селекторлы арна (жоғары жылдамдықты құрылғылар). Арна негізгі құрылымдық элемент болып табылады.

Процессор мен жедел жады құрылымында адрестік механизмдерді (жадыда адресациялауды, программаның тасымалдануын қамтамасыз ететін) ұйымдастыратын арнайы құрылғылар пайда болады. Процессорда бірнеше арифметикалық-логикалық құрылғылар (АЛҚ) пайда болады. Бұл құрылғылар жұмыс істемейді, бірақ қандайда бір өңдеу жұмысын жүргізу үшін АЛҚ таңдап алынады. Жадыда процессор хабарласатын негізгі жады және көлемі негізгі жады көлемінен әлдеқайда үлкен, бірақ процессорға ол қолайлы массалық жады ерекшеленеді. ЭЕМ-нің үшінші буынының соңында вируталды жадыны басқару концепциясы пайда болады, сыртқы құрылғылар мен терминалды жабдықтар дами бастайды. Үшінші буынның ЭЕМ-дері модельмен сәйкес келетін сериялармен немесе жанұяларымен шығарыла бастайды.

Математикалық және программалық қамтамасының ары қарай дамуы типтік есептерді шешу үшін пакеттік программаларды құруға әкеледі және бірінші рет программалық кешендер – операциялық жүйелер (IBM құрастырылған) шығарылады.

ЭЕМ-нің төртінші буыны.

70-ші жылдардың соңында бірінші рет ЭЕМ-нің төртінші буыны шыға бастайды. Интеграцияның орташа және үлкен деңгейіндегі интегралды схемаларға көшумен байланысты.

Төртінші буын ЭЕМ-нің құрамы:

1. 
   Мультипроцессорлық
   
2. 
   Параллельді өңдеу
   
3. 
   Жоғары деңгейдегі тілдер
   
4. 
   ЭЕМ-нің бірінші желілері пайда болады
   

1. 
   0.7 нс./вентильге (вентиль - типтік схема) сигналдың орташа тежелуі
   
2. 
   Бірінші рет негізгі жады – жартылайөткізгіштік. Мұндай жадыдан мәліметтерді өңдеу уақыты 100-150 нс. Көлемі 1012 – 1013 символ.
   
3. 
   Бірінші рет жедел жүйені аппаратты өндіру пайдаланылады.
   
4. 
   Модульдік құрылым программалық әдістер үшін де қолданыла бастады.
   

ЭЕМ-нің бесінші буыны.

80-жылдардың соңында бесінші буын ЭЕМ-рі пайда бола бастады. ЭЕМ-нің бесінші буынының микропроцессорға көшумен байланыстырады.

Бесінші және алтыншы буын үшін жеңілдетілген микропроцессорларда құрылған көппроцессорлы құрылым сәйкес келеді. Жоғары деңгейлі тілдерге негізделген ЭЕМ-дер құрылады.